Giáo trình động cơ đốt trong ( Trường đại học Nông lâm - Huế ) part 2 ppt

Nói chung trong bốn quá trình: nạp, nén cháy, sinh công, xả của động cơ 4 kỳ trình bảy ở trên, chí có quá trình sinh công là quá trình có ích tạo ra năng lương cơ học, còn lại ba quá trì

Hình 2.2

Đỗ thị chỉ thị của động cơ 4 kỹ (điêđen)

Đối với động cơ diéden, dé thi chi thi

cũng có dạng tương tự như động cơ xăng nhưng có quá trình cháy đẳng áp d - đ (hình

2.2) Nguyên nhân của hiện tượng này là đo

đặc tính của nhiên liệu điêđen

Nói chung trong bốn quá trình: nạp,

nén cháy, sinh công, xả của động cơ 4 kỳ trình bảy ở trên, chí có quá trình sinh công là

quá trình có ích (tạo ra năng lương cơ học), còn lại ba quá trình khác là các quá trình cắn,

được thực hiện nhở động năng của bánh đả và

của các chỉ tiết quay khác, hoặc nhở công của các xy lanh khác trong động cơ nhiều xy lanh 2.2 CHU TRINH LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ 2 KỲ

Hình 2.3 Sơ đỗ động cơ 2 kỳ

Chu trình làm việc của động cơ 2

kỳ cũng có các quá trình nạp, nén cháy,

sinh công và xả nhưng chỉ thực hiện trong một vỏng quay của trục khuyu

(360) tức là pít tông chỉ chuyển động tịnh tiến qua lại 2 lần Trong mỗi lần (hay nói cách khác là trong mỗi kỷ), chuyển động tịnh tiến của pít tông có nhiễu quá trình cùng xẩy ra Đó là điểm

đặc biệt của động cơ 2 kỳ

Đa số các loại động cơ 2 kỳ có đặc điểm cấu tạo là ở thành xy lanh có cửa nạp để

nạp mỗi mới nạp và cửa xả để xả khí đã làm việc ra ngoài Pí tông của động cơ làm luôn

nhiệm vụ đóng, mỏ cửa nạp và cửa xả Cũng có một số động cơ 2 kỳ (chủ yếu là động cơ điêden) có cửa nạp trên thành xy lanh nhưng cửa xả lại ở trên nắp xy lanh và được đóng,

mỏ bằng xu páp Trong giáo trình này, chỉ trình bày chu trình làm việc của loại động cơ 2

kỳ có cửa nạp và cửa xả nằm trên thành xy lanh (hình 2.3)

18

Để nghiên cứu chu trình làm việc của động cơ 2 kỷ được dễ dàng, ta cũng xây dựng đỗ thị chỉ thị biểu diễn các quá trình làm việc của động cơ với sự tương quan giữa áp suất và thể tích trong xy lanh Trên đồ thị trục hoành biểu diễn thể tích làm việc (Vụ), trục tung biểu diễn áp suất trong xy lanh (P) Đường thẳng nằm ngang P, là áp suất khi quyển

1

v

‡

i '

f

i {

i

!

4

é '

†

i

1

1 1

L —_ Là TCT TP” VN

Dé thị chỉ thị của động cơ 2 kỳ (xăng) Đỗ thị chỉ thị của động cơ 2 kỳ (điêden)

* Kỳ thử nhất:

Pit tông chuyển động tử TCD lên TCT, tương ứng trục khuỷu quay một góc

tử 0 - 1800, Lúc dầu cửa nạp mơ, nên mỗi mới nạp được nạp vào xy lanh, đồng thời của xã cũng mỏ nên một-phầẩn mỗi mới nạp bị xả ra ngoài Sau khi pít tông đi lên

đóng kín cửa nạp thì quá trình nạp kết thúc, còn lại quá trình xả và khi pít tông đóng

kín cửa xả thì quá trình xả cũng kết thúc và quá trình nén bắt đầu Áp suất trong xy lanh dần dân tăng lên Khi pít tông đến gần TCT thì đối với động cơ xăng, hỗn hợp

làm việc được đốt cháy bằng tia lửa điện xuất hiện ở bugi Cỏn đối với động cơ điêden, vỏi phun phun nhiên liệu vào trộn đều với không khí nén, tạo thành hỗn hợp đốt, tự bùng cháy dưới áp suất và nhiệt độ cao Do quá trình đốt cháy mà áp suất và nhiệt độ trong xy lanh tăng vọt lên Trên để thị chỉ thị, quá trình nạp được biểu diễn

19

bằng đường a - b, quá trình xả được biếu diễn bằng đường a- bí, quá trình nén cháy được biểu diễn bằng đường cong b' - c - d Điểm c đối với động cơ xăng là thời điểm

bugi bat tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp, còn đối với động cơ điêden, đó là thời điểm vòi phun phun nhiên liệu vào xy lanh động cơ

* Kp thi hai:

Dưới tác dụng của áp suất cao do hỗn hợp làm việc bị đốt cháy, pít tông bị đẩy từ TCT xuống TCD, tương ứng với trục khuỷu quay một góc tử 180 - 360% Ở

thởi kỳ này, năng lượng nhiệt biến thành năng lượng cơ học nên gọi là thởi kỹ sinh

công Khi pit tong di xuống để hở cửa xả thì khí đã làm việc được xả ra ngoài (quá trình xá) và khi pít tông để hổ cửa nạp thì quá trình nạp cưỡng bức mỗi mới nạp cũng

được điễn ra Trên đỏ thị chỉ thị, quá trình sinh công được biểu diễn bằng đường cong d -

e, quá trình xả là đường e' - a, quá trình nạp là đường e - a

Sau đó pit tong lại đi tử TCD lên TCT để thực hiện các quá trình nạp, nén cháy của chu trình thứ hai Như vậy đối với động cơ 2 kỳ, trong kỳ thứ nhất có các

quá trình nạp, xả, nén cháy; kỳ thứ hai có các quá trình sinh công, xả, nạp Trên dé thị, quá trình nạp được biểu diễn bằng đường cong e - a - b, quá trình nén cháy lả b"

-~€- đ, quá trình sinh công là d - e', quá trình xả là e'- a - b'

Cửa nạp

Sơ đỗ động cơ 2 kỳ dùng bơm thổi Sơ đỗ động cơ2 kỷ buồng thổi tay quay

20

Đối với động cơ điêden 2 kỳ, đồ thị chí thị cũng có dạng tương tự như động

cơ xăng nhưng có quả trình cháy đẳng áp d - d', nguyên nhân là do đặc tính của

nhiên liệu điêden (hình 2.5)

Một điểm đáng lưu ý đối với động cơ đốt trong 2 kỳ nói chung là trong quá trình nạp, mỗi mới nạp cũng bị thoát ra ngoài qua cửa xả, gây ra hiện tượng lãng phi

mổi mới nạp, đặc biệt là đối với động cơ xăng Đồng thời trong quá trình xả lại có

quá trình nạp cùng xẩy ra nên có hiện tượng trộn lẫn khí đã làm việc với mỗi mới nạp, dẫn đến tình trạng nạp không đây, xả không sạch

Mặt khác, chúng ta thấy ở động cơ 4 kỳ, mỗi mới nạp được nạp vào trong xy lanh động có là nhờ sự chênh lệch áp suất trong xy lanh với bên ngoai (P, - P,), con đối với động co 2 ky thì không có sự chênh lệch áp suất này Do đó phải rạo cho môi mới nạp một áp suất ban đầu mới có thể nạp vào trong xy lanh được Hiện nay thường sử dụng hai phương pháp để tao cho mỗi mới nạp một áp suất ban dẫu Đối với động cơ 2 kỳ công suất lớn (thường là động cơ điêden) thì dùng bơm thổi để thổi Mỗi mới nạp (không khí) được bơm thổi đưa vào xy lanh qua buồng không khí bao quanh xy lanh và các lễ thổi trên thành xy lanh; khí đã làm việc được xả ra

ngoải qua xu páp xả (hình 2.6) Còn đối với động cơ 2 kỳ công suất nhỏ (thường là động cơ xăng) thì lợi đụng buồng tay quay (buông các te động cơ) để tạo cho mỗi

mới nạp một áp suất ban đầu Đặc điểm cấu tạo của loại động cơ này là ở thành xy

lanh có 3 cửa: cửa nạp để nạp mỗi mới nạp vào buông tay quay; cửa thổi để thổi mỗi mới nạp tử buồng tay quay lên xy lanh động cơ; cửa xả để xả khí đã làm việc ra ngoài (hình 2.7), Quá trình mỗi mới nạp vào xy lanh của loại động cơ này diễn ra

như sau: khi pít tông đi tử TCD lên TCT, thể tích trong buồng taÿ quay tăng lên và

áp suất giảm dần, tạo ra độ chân không ở trong buéng tay quay Pit tong lần lượt đóng kín cửa thổi, cửa xả để nén mỗi mới nạp trong xy lanh, đồng thời mở cửa nạp

để mỗi mới nạp nạp vào buồng tay quay (nhỏ sự chênh lệch áp suất giữa buồng tay quay và bên ngoài) Khi pít tông đi xuống, thể tích trong buồng tay quay giảm dẫn

và áp suất tử tử tăng lên Khi pít tông để hở cửa thối thì mỗi mới nạp có áp suất cao

ở trong buồng tay quay được thổi lên xy lanh thay thế khí đã làm việc đã xả ra ngoài Sau đó pít tông lại đi lên, cửa nạp lại mở, mỗi mới nạp lại được nạp vào buồng tay quay Dưới tác dụng của pít tông, buồng tay quay hoạt động như một cái bơm để nạp và thổi mỗi mới nạp vào trong xy lanh động cơ

21

2.3 CHU TRÌNH LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ NHIỀU XY LANH

Phần trên đã giới thiệu chu trình làm việc của hai loại động cơ 4 kỷ và 2 kỳ

có một xy lanh Trong thực tiễn, để nâng cao công suất và đảm bảo tính kinh tế

người ta chế tạo động cơ nhiều xy lanh

Đối với động cơ nhiều xy lanh, thứ tự làm việc của các xy lanh là tủy ý lựa

chọn, nhưng phải đảm bảo tính phân bố đều các thời ky sinh công và sự cân bằng

động cơ trong quá trình hoạt động Nghĩa là đẩm bảo cho mô men quay của động cơ

trong một chủ trình và tải trọng được phân bố tương đối đồng đều, đồng thời trục khuỷu phải có dạng động lực học hợp lý

Ở mỗi loại động cơ, theo số lượng các xy lanh, nó có một trật tự làm việc

nhất định sao cho các quá trình nạp, nén chảy, sinh công, xả không tiến hành cùng một lúc trong tất cả các xy lanh mà cách nhau những khoảng cách góc (y) bằng nhau Khoảng cách góc của động cơ 4 kỷ và động cơ 2 kỳ là:

y=—— 1 và y= 1

Trong đó: ¡ là số lượng xy lanh

Động co càng nhiều xy lanh thì y càng nhỏ và máy nổ cảng đều

Trong các loại động cơ nhiều xy lanh hiện nay, phổ biến là các loại động cơ

có 2 xy lanh, 4 xy lanh, 6 xy lanh, 8 xy lanh, 12 xy lanh, 24 xy lanh, ., 54 xy

lanh và phn lớn làm việc theo chu trình 4 kỷ

Đối với loại động cơ 4 xy lanh 4 kỳ:

Đối với loại động ‹ cơ này, đường tâm của trục khuỷu nằm trong củng một mặt

phẳng và có đạng như hình 2.8

Khi động cơ làm việc, trục khuýu quay, từng pit tông của từng xy lanh sẽ

chuyển động lên xuống để thực hiện các quá trình nạp, nén cháy, sinh công, xã và

tuân theo một trật tự làm việc của động cơ Thông thưởng trật tự làm việc của loại động cơ nảy lả ]- 3- 4- 2, có nghĩa lả xy lanh thú nhất thực hiện quá trình sinh công,

sau 180° dén xy lanh thử 3 sẽ thực hiện quá trình sinh công, sau 180° nữa đến xy 2

lanh thứ 4 sinh công, và sau 180° đến xy lanh thứ 2 sinh công Trật tự làm việc của động cơ 4 xy lanh 4 kỳ được trình bảy trong bang 2.1

Hình 2.8

Sơ đỗ trục khuỷu cửa động cơ 4 xy lanh 4 kỳ

Bằng 2.1 Các quá trình làm việc của động cơ 4 xy lanh 4 kỳ

Đối với loại động cơ 6 xy lanh 4 kỳ:

720°

y= = 120°

Đối với loại động cơ này, đường tam của trục khuyu nằm trong ba mặt phẳng

hợp với nhau một góc 120° (hình 2.9) Trật tự làm việc của động cơ loại này thông

thưởng là I - 5 - 3 - 6 - 2 - 4, có nghĩa là xy lanh thứ nhất thực hiện quá trình sinh

công, sau 120° đến xy lanh thứ 5 sẽ thực hiện quá trình sinh công, sau 120° nữa đến

xy lanh thú 3 sinh công và tiếp đến lả các xy lanh thứ 6, thứ 2, thú 4 sinh công Trật

tự làm việc của động cơ 6 xy lanh 4 kỳ được trình bay trong bang 2.2

Hình 2.9

Sơ đỗ trục khuỷu của động cơ 6 xy lanh 4 kỳ

Bảng 2.2 Các quá trình làm việc của động cơ 6 xy lanh 4 kỳ

óc qua c khuỷu

Sinh

Sinh

0

Sinh

0

Đối với loại động cơ 8 xy lanh 4 ky, có góc y = 90° thì thưởng xếp thành chữ

V, mỗi bên có 4 xy lanh và trật tự làm việc phổ biến là I- 5- 4- 8- 6- 3- 7- 2

2.4 SO SÁNH ĐỘNG CƠ ĐIÊDEN VỚI ĐỘNG CƠ XĂNG, ĐỘNG CƠ 2 KỲ

Hiện nay trên thế giới cũng như ở nước ta dùng nhiều loại động cơ đốt trong khác nhau, nhưng phản lớn là động cơ điêden và động cơ xăng Trong những động

co diéden hay động cơ xăng lại có loại làm việc theo chu trình 2 kỳ, có loại làm việc theo chu trình 4 kỳ Mỗi loại có những ưu, nhược điểm khác nhau, ở đây ta chỉ so

sánh những ưu nhược điểm cơ bắn

24

2.4.1 So sánh động cơ điêden với động cơ xăng

* Động cơ điêden so sánh với động cơ xăng có những tu diểm cơ bản là:

~ Hiệu suất nhiệt cao hơn, thường hiệu suất nhiệt của động cơ điêden khoảng 35-45%, còn động cơ xăng khoảng 30-35%

- Déng co diéden tiét kiệm được 15-20% nhiên liệu so với động cơ xăng (bởi

vì chỉ phí nhiên liệu riêng của dộng cơ điêdcn thấp hơn) Nhiên liệu điêden lại rẻ tiên hơn xăng, nên việc sử dụng động cơ điêden có lợi về mặt kinh tế

Động cơ diéden làm việc chắc chắn, bên vững, ít hư hỏng vặt, bởi vì hệ thống cung cấp nhiên liệu điêden tuy cấu tạo tỉnh vi chính xác nhưng có độ bản cao,

dễ sử dung Con ở động cơ xăng có bộ chế hòa khí và hệ thống đốt cháy bằng tia lửa điện hay bị hư hỏng, phải sửa chữa và điều chỉnh luôn

- Động cơ điêden có khối lượng quán tính của các bộ phận chuyển động lớn

hơn động cơ xăng nên khả năng vượt tải cũng tốt hơn

* Động có điêden cũng có nhược điểm là:

- Ap suất trong xy lanh của động cơ rất cao nên khó khi động, động cơ làm

việc nặng nễ hơn động cơ xăng

- Cấu tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu phức tạp, đòi hỏi chế tạo chính xác, giá thành cao Thông thưởng động cơ điêden có kích thước và trọng lượng lớn hơn động cơ xăng có củng công suất

Xuất phát tử những ưu, nhược điểm trên mà phạm vi sử dụng của động cơ điêden và động cơ xăng có sự khác nhau Động cơ điêden thưởng được lắp nhiều trên máy kéo và ôtô tải có trọng lượng lớn Còn động cơ xăng thường được lắp nhiều

trên mô tô, xe máy, các loại ôtô du lịch, ôtô tải cỡ nhỏ

2.4.2 So sánh động cơ 2 kỳ với động cơ 4 kỳ

* Động cơ 2 kỳ so sánh với động cơ 4 kỳ có những tu điểm cơ bẩn là:

~ Nếu hai loại động cơ có số xy lanh và số vòng quay như nhau thì động cơ 2

kỷ chạy đều hon, ít rung động hơn (bởi vì muốn hoàn thành một chu trình làm việc, trục khuỷu của động cơ 4 kỳ phải quay 2 vòng, trong khi đó ở động cơ 2 ky chí cần quay một vỏng)

- Động cơ 2 kỷ (loại buồng thổi tay quay) có cấu tạo gọn nhẹ hơn động có 4

ky khi có cùng một công suất (bởi vì không cần hệ thống phân phối khí loại xu páp

để dóng mỏ cửa nạp và cửa xả)

- Khi hai động cơ có cùng thể tích làm việc, cùng số vỏng quay và cùng loại

nhiên liệu thì công suất của động cơ 2 kỳ thưởng bằng 1,5 đến 1„7 lần động cơ 4 ky

* Động co 2 kỳ có nhược điểm là:

Tính toán theo lý thuyết, công suất động cơ 2 ky gấp 2 lần công suất động cơ

4 kỳ Nhưng trong thực tế chí bằng I,5 - 1,7 công suất động cơ 4 kỳ (nghĩa là giảm

mất 15 - 25%) Nói cách khác, hiệu suất nhiệt của động cơ 2 kỷ thấp hơn động cơ 4

kỳ, bởi vì:

-6 động cơ 2 kỳ, khí đã làm việc sót lại trong xy lanh con nhiều (xả không sạch) nên nạp không đây đủ

- Trong quá trình nạp bị lãng phí mất một phân mỗi mới nạp

Phải tạo cho méi mới nạp một áp suất ban đầu để nạp vào trong xy lanh động cơ nên hao tổn mất một phần công suất

- Động cơ 2 kỷ có cửa nạp và cửa xả nằm trên thành xy lanh nên hành trình

nén khí bị rút ngắn làm cho áp suất trong xy lanh giảm và công suất động cơ giảm

Ngoài ra đối với động cơ xăng 2 kỷ buồng thổi tay quay, do phải trộn dâu

nhỏn với xăng trước khi nạp để kết hợp bôi tron cho các chỉ tiết của hệ thống biên tay quay nên chỉ phí dầu nhởn lớn hơn và khả năng bôi trơn kém hơn, vì vậy tuổi thọ của động cơ 2 kỳ thưởng thấp hơn động cơ 4 ky

Do vậy nên động cơ 2 kỷ thưởng được lắp trên một số xe máy, ôtô, máy kéo

làm vưởn công suất nhỏ và một số động cơ có công suất rất lớn Còn hầu hết các

động cơ lắp trên ôtô, máy kéo có công suất vừa và lớn là động cơ 4 kỳ

2.5 CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ ĐẶC BIỆT

Ngoài các loại động cơ 2 kỳ, 4 kỷ trình bày ở trên, ngày nay đã xuất hiện một

số loại động cơ khác lắp trên các loại xe ô tô Các loại động cơ này bao gồm: Động

cơ pít tông tự do, động cơ tua bin khí và động cơ Wankel

2.5.1 Động cơ pít tông tự do (hình 2.10)

Về mặt kết cầu và hoạt động, động cơ này chưa phải là một động cơ đúng ý nghĩa của nó Thực tế nó là một máy cung cấp sản phẩm cháy dể thối cho tua bin quay,

Do đó có thể nói, động cơ pít tông tự do là phan cung cấp khi cho tua bin hoi

26

i)

Hình 2.10 Sơ đồ của động cơ pít tông tự do 1- Van hút không khí; 2- Van bơm không khí vào buồng chứa không khí

3- Buồng chúa không khí nén; 4- Hàng lỗ xả và nạp; 5- Xy lanh lớn

6- Voi phun nhiên liệu; 7- Tua bin khí

Động cơ pít tông tự do gồm hai đôi pit tong chuyển động tự do trong xy lanh

hai tang Một đôi pít tông gồm có một pít tông nhỏ chuyển động trong xy lanh công

tác gắn với một pit tông lớn chuyển động trong xy lanh lón để nén không khí Hai pít tông nhỏ đối dính nhau tạo thành buông đốt khi tiến vào gần nhau

Nguyên lý làm việc của loại động cơ này nhủ sau:

Hai pít tông tiến vào nhau để nén không khí Vào cuối quá trình nén, nhiên liệu

được phun vào buồng đốt giữa hai dỉnh pít tông, tự bốc cháy như ỏ động cơ điêden, đẩy pít tông nhỏ chạy ra hai bên Pít tông nhỏ bên phải mở hàng lỗ xả, khí xả thoát ra làm

quay tua bin Sau đó pít tông bên trái mở hàng lỗ nạp, khí nén trong buồng chứa không

khí được nạp vào xy lanh công tác quét sạch khí xả và nạp đầy xy lanh

Trong lúc chạy ra, hai pít tông lớn nén không khí và tạo áp suất trong xy lanh lón, chính nhờ áp suất này mà hai pít tông lón được đẩy trỏ vào để nén không khí cho chu trình tiếp theo

2.5.2 Động cơ tua bin khí (hình 2.11)

Loại động cơ này bước dầu đã dược trang bị cho ngành hàng không và một

số xe ô tô, nhất là các loại xe tải hạng nặng

27